中越地震の被災事例に基づいた斜面の耐震安定解析に関する検討

1．はじめに環境防災研究室

渡邊慶輝

指導教官

大塚悟

学会の提言に対する対応も未だに研究課題のレ

平成 7 年の兵庫県南部地震による甚大な被害ベルにある．本研究は土構造物の耐震安定形跡

により，平成 8 年 1 月に土木学会による土木構の検討を目的に，中越地震による斜面崩壊が発造物の耐震基準などに関する「第二提言」が発生した横渡地区を対象とした斜面安定解析より，表された．第二提言では 2 段階の設計地震動レ

逆算水平震度を算出する．崩壊・未崩壊斜面のベルを規定し，それぞれに対して要求耐震性能逆算水平震度を比較することで，観測地震加速を定義している．この 2 段階の設計地震動レベ度と水平震度の関係性の検討を行う．

ルは確定的なものではなく，基本的には発生確率に対する定義である．レベル 1 地震動は土木

3．横渡地区の斜面崩壊

構造物の使用期間内に 1～2 回発生する確率を

小千谷市横渡地区は小千谷市の北東，東山丘有する地震動であり，レベル 2 地震動は発生す

陵の西端に位置する．東山丘陵は主に，堆積岩

る確率はきわめて低いが，非常に強い地震動ので構成されており，褶曲構造が顕著であり，地ことをさす．

層が東西に傾斜している．地層は信濃川に向か

平成 12 年 6 月の土木構造物の耐震性能と耐震設計法などに関する「第三提言」では既存の提って流れ盤であり，顕著なケスタ地形を形成する．

言を可能な限り具体化し，次のように 2 段階の崩壊斜面が位置する尾根状山体付近には，白地震動に対する土木構造物の要求性能を定義し岩層上部が分布し，シルト岩（砂岩）で構成さた．

れている．崩壊地周辺では，シルト岩に火山灰

レベル 1 地震動は，新設構造物において無被の堆積による薄い凝灰質砂岩を挟んでいる．こ害レベルの耐震性を保有する．盛土の地震外力の挟み層は火山活動によるものであり，白岩層は 0.15～0.2 程度の水平震度を設定する．レベにて一般的に見られるものであり，横渡地区特ル 2 地震動は，損害回避便益と耐震化費用に基有のものではない．

づく費用便益分析を基礎として新設構造物の耐震性能を決定する．レベル 2 地震動の設定は4．横渡地区被害状況

M6.5 程度の直下地震を下限とする．レベル 2

横渡地区は凝灰質砂岩薄層にすべり面が形成

地震動を想定した場合，動的な加速度と静的なされたことによる岩盤すべりが複数発生した．

震度との対応が明確でないため設計震度の設

凝灰質砂岩薄層の特徴として，厚さが均一でな定方法は不明である．

く，地下水の流路となっており，地下水の流動が顕著であった箇所は空洞化し，一部の土砂が2．本研究の目的流出している．

兵庫県南部地震では土木構造物の被害が着目

図-1 に同一地層の 3 箇所の斜面崩壊を，図-2されたため，土構造物の被害は注目されず，耐に A 地区崩壊地を示す．白岩層から成る巨大な震安定性に関する議論は不十分であった．土木

岩盤ブロックが直線すべり面に沿って崩壊している．図-3 にすべり面となった凝灰質砂岩層の拡大写真を示す．

5．凝灰質砂岩の地盤定数
横渡地区崩壊現場において，すべり面に位置する薄い凝灰岩層が露出していることからすべり面近傍の試料を採取して，物理定数及び力学定数を調査した．

B 地区崩壊地
A 地区崩壊地
D 地区崩壊地

一面せん断試験結果を図-4 に示す
180160140120100806040200

図-10

図-450100

150200横渡地区崩壊地

250

凝灰質砂岩 一面せん断試験結果

地盤強度定数は，c’=0(kN/m2)，φ’=37.8(°)を得た．凝灰質砂岩の地盤定数の一覧を表-1 に示す．

表-1

凝灰質砂岩の地盤定数
凝灰質砂岩

自然含水比wn(%)

39.1

土粒子密度

ρ s ( g / cm )2.385

3(kN / m )内部摩擦角 φ ′ ( )粘着力c′2o

図-2

横渡地区 A 地区崩壊地

037.8

以下の解析には，上記の地盤定数を用いる．

6．崩壊・未崩壊斜面の解析方法
斜面安定解析には（株）五大開発市販ソフトを使用した．2 次元解析では「power SSA pro」，3 次元解析では「SSA_3D」を用いた．
斜面の解析モデルの作成にあたり，航空写真より作成した DEM データを用いた．地理情報システム（GIS）を用いて標高データを算出し，

図-3

凝灰質砂岩薄層（拡大図）

解析モデルを作成した．岩盤すべり位置は標高データのみでは判断できなかったため，災害調査報告資料を参考にした．

地下水位の考慮で次元解析に差異が少ない結果になった．
よって，以降の解析において 3 次元解析は行わず，2 次元解析のみを実施した．

は，岩盤すべり位置の背後に地下水の供給源の横渡地区の各崩壊地の安全率を図-8 に示す．

ないことと，すべり面位置に相当する凝灰質砂崩壊地よりも未崩壊地の安全率が高い結果とな岩薄層が地下水の流路となっていることから，った．これは，凝灰質砂岩薄層上部にある土塊

すべり面上部に地下水の存在がないと想定して，量と斜面の傾斜角に差異があることに起因する地下水の考慮は行わないこととする．
A 崩壊地地区の 2 次元及び 3 次元解析モデル

3を図-5，図-6 に示す．

2.5

安全率

21.5
10.50

図-52次 元 解 析2 次元解析モデル

図-7

3次 元 解 析

2 次元・3 次元解析比較

3.5
3

安全率

2.5
21.5
10.50
A地 区 崩 壊 地

図-6

図-83 次元解析モデル

B地 区 崩 壊 地

C地 区 未 崩 壊 地

横渡地区の安全率

横渡地区の崩壊・未崩壊地について地震時に7．解析結果
Α地区崩壊地で 2 次元解析と 3 次元解析の安安全率 Fs = 1 となる水平震度係数 K h を求めた．
解析結果を図-9 に示す．

全率の比較を行った．解析結果を図-7 に示す．

0.5

解析結果より，2 次元解析と 3 次元解析では安0.4のすべり面は凝灰質砂岩に沿う形で明瞭な直線形状を示す．このため，崩壊形態は凝灰質砂岩

水平震度係数全率にほとんど違いは現れなかった．横渡地区

0.30.2薄層の上部の土塊が滑落したため，3 次元解析

0.1

において考慮される側面の摩擦（サイドフリク0ション）の影響がほとんどなく，2 次元解析と 3

A地 区 崩 壊 地

図-9B地 区 崩 壊 地

C地 区 未 崩 壊 地

横渡地区の水平震度係数

Α地区崩壊地の水平震度係数 Kh=0.40，B 地区

れた地震波は水平震度係数 0.4～0.44 程度に相崩壊地の水平震度係数 Kh=0.37 に対して，C 地当するものであることがわかった．

区未崩壊地の水平震度係数 Kh=0.45 であること

以上の結論を以下に箇条書きにして示す．

から，中越地震における横渡地区の崩壊・未崩（1）横渡地区での斜面崩壊は地層中の凝灰質壊斜面の挙動は合理的に解釈できる．これらの砂岩薄層に沿う形で，ほぼ直線である．す逆算より，図-10 に示す地震波が水平震度係数

べり面の凝灰質砂岩の地盤強度はKh=0.4～0.45 に等価であると推測できる．

φ’=37.8(°)が得られた．
（2）横渡地区の崩壊地と未崩壊地の水平震度

2000
1500

係数を比較すると，崩壊地で 0.398～0.376，

加速度 ( gal )1000

未崩壊地で 0.454 であった．

500
0−500

0

20

4060

80

100

（3）横渡地区で観測された地震波は水平震度−1000

係数 0.4～0.45 に相当するものであった．

−1500

ここでは述べていないが高町団地においても検−2000
時間 ( s )図-10

中越地震観測地震波形討を行ったため，結論のみ述べる．
（1）地盤強度 c’=0(kN/m2)，φ’=36.9(°)のとき，水位のない状態の安全率は 2.0～4.0，水平

小千谷市妙見堰観測点は横渡地区の近隣にあ

震度係数は 0.32～0.45 であった．

るため，この観測点で測定された地震波を用い（2）繰返し強度を用いると，解析結果は水位て横渡地区の地震波形とした．すべり方向へののない飽和状態で水平震度係数が 0.1～

最大加速度は 1500gal もの大きさであり，この0.18 と得られた．すべり面上に地下水位（水衝撃で斜面が崩壊したとも考えられるが，横渡圧）がなくても飽和していると容易に崩壊

地区には未崩壊地が存在しているため，現実的が発生する条件を備えていた．

解釈ではない．横渡し地区の逆算水平震度係数（3）高町団地では水位の状況が不明である．

は 0.4 強（392gal）が得られており、図-10 の地水位の変化によって解析結果が大きく変震波に等価であると判断できる．

化することから高町団地の正確な安全性を判定することは出来なかった．

8．結論
横渡地区の自然斜面を対象として，中越地震

9．参考文献によって発生した斜面崩壊の安定解析を行った．

1）土木学会，土木構造物の耐震基準に関する第横渡地区の斜面崩壊のすべり面は，地層内にあ二提言，URL：http://www.jsce.or.jp/comm-る凝灰岩砂質土薄層に沿う形式であった．解析

ittee/eart/propo2.html，1996

において，凝灰岩砂質土薄層が地下水の流路と

2）土木学会，土木構造物の耐震基準に関する第なっていることと，斜面背面に地下水の供給源

三提言，URL：http://www.jsce.or.jp/commがないことから，地下水位は考慮しなかった．

ittee/eart/propo3.html，2002

解析結果として，安全率が崩壊地では 2.0 程度，

3）土木学会，活褶曲地帯における地震被害デー

未崩壊地では 2.2 程度であった．水平震度係数

タアーカイブスの構築と社会基盤施設の防は崩壊地では 0.376～0.398，未崩壊地では 0.454

災対策への活用法の提案，2005であった．この結果より小千谷市妙見で観測さ